Die Arbeit dient der numerischen Simulation der Spurbildung in Asphaltstraßen und der Herstellung widerstandsfähiger Asphaltmischungen. Zur Modellbildung musste die physikalisch-mechanische Ursache der bleibenden Verformungen bei hohen Temperaturen geklärt werden. Im Gegensatz zu bisher existierenden Stoffmodellen ist in dieser Arbeit das Verhalten teilgesättigter granulerer Stoffe unter zyklischer Belastung als die Grundlage der Untersuchung gewählt worden. Diese zeigen bei entsprechend hoher Sättigung der Hohlräume des mineralischen Korngerüsts unter zyklischer Scherbeanspruchung und bei gleichzeitigem Druck das Phänomen der „zyklischen Mobilität”. Die Erklärung dafür ist die Verdichtungsneigung des Korngerüstes und die Inkompressibilität des Porenfluids, wodurch Porenüberdrücke entstehen. Zyklische Mobilität bedeutet den Abfall der Steifigkeit. Durch die Zunahme der Dehnungsamplituden infolge zyklischer Scherbelastung und der Irreversibilität des granularen Materials verursacht dieses Verhalten die erhöhte Spurbildungsneigung. Die richtige Modellwahl konnte durch systematische experimentelle Ergebnisse belegt werden. Die monotonen triaxialen Kompressionsversuche beweisen die Barotropie und Pyknotropie der Steifigkeit, der Festigkeit und der Dilatanz des mineralischen Korngerüstes. Durch Kompression unter zyklischem Scheren wird die Existenz eines optimalen Bitumengehalts bewiesen, bei welchem die höchste Dichte des Kornegerüstes erreicht werden kann. Bei Mischungen über dem optimalen Bindemittelgehalt wird der Porenfluidüberdruck durch Druckmessungen im Mörtel nachgewiesen. Für den Strassenbauasphalt ist erstmalig zur numerischen Simulation das aus Karlsruhe stammende, mit der „intergranularen Dehnung” erweiterte hypoplastische Stoffgesetz herangezogen worden. Den Schwerpunkt der Arbeit bildet die Bestimmung der hypoplastischen Stoffparameter und die Überprüfung des gewählten Stoffgesetzes durch Nachrechnung von zyklischen Einfachscherversuchen und Triaxialversuchen. In einer selbstentwickelten Torsionszelle wird durch unmittelbare Messung gezeigt, dass der Bitumengehalt über dem Optimum die Schubsteifigkeit verringert. Die Triaxialversuche beweisen die Möglichkeit des Eintretens der zyklischen Mobilität und dadurch die extreme Neigung zur Spurbildung. Diese Messungen beweisen die praktische Bedeutung des optimalen Bitumengehaltes. Das positive Ergebnis der Überprüfung des genanntes Stoffgesetzes liefert die theoretische Unterstützung der experimentellen Ergebnisse. Diese können als Grundlage einer neuen Perspektive in der rechnerischen Prognose sowie beim Entwurf und bei der Herstellung von Asphaltmischungen dienen.

In dieser Arbeit verwende ich den Formalismus der endoreversiblen Thermodynamik um ein hydraulisches Rekuperationssystem für Nutzfahrzeuge zu modellieren und zu untersuchen. Dafür führe ich verlustbehaftete Übergänge extensiver Größen zwischen Teilsystemen eines Systems ein. Diese können einerseits der Modellierung von Leckagen und Reibungsverlusten, welche als Partikel- oder Drehmomentverluste dargestellt würden, dienen. Andererseits ermöglichen sie die Modellierung einer endoreversiblen Maschine, welche – durch Definition eines solchen verlustbehafteten, internen Überganges – ein gegebenes Wirkungsgradkennfeld und daraus resultierende Entropieproduktion inne hat. Diese wird infolge zur Modellierung der Hydraulikeinheit des Rekuperationssystems verwendet. Desweiteren basiert die Beschreibung des Rekuperationssystems auf der Modellierung der Hydraulikflüssigkeit als Van-der-Waals-Fluid, sodass Druckverluste im endoreversiblen Sinne konsistent berücksichtigt werden können. Von gegebenen Materialparamtern werden die dafür notwendigen Van-der-Waals-Parameter hergeleitet. Weitere Aspekte sind Wärmeverluste an die Umgebung sowie Wärmeübergänge zwischen Teilsystemen. Auf Grundlage realer Fahrdaten der Nutzfahrzeuge werden verschiedene dynamische und thermodynamische Effekte im Rekuperationssystem analysiert. Ihr Einfluss auf die resultierenden energetischen Einsparungen beim Abbremsen und Beschleunigen wird durch Variation zugehöriger Parameter aufgezeigt. Zuletzt wird mit einem vereinfachten Modell ohne Druck- und Wärmeverluste, aber unter Einbeziehung des Verbrennungsmotors des Fahrzeuges, eine Optimierung der Steuerung des hydraulischen Rekuperationssystems mit Hinblick auf minimalen Kraftstoffverbrauch durchgeführt. Hier zeigt sich eine erhebliche Verbesserung durch die Leistungsaufteilung zwischen Verbrennungsmotor und Rekuperationssystem nach deren Betriebsbereichen mit maximalem Wirkungsgrad. / In this work I use the formalism of endoreversible thermodynamics to model and investigate a hydraulic recuperation system for commercial vehicles. For that, I introduce lossy transfers of extensive quantities between subsystems of an endoreversible system. On the one hand, these allow modeling of leakages and friction losses, which can be represented as particle or torque losses. On the other hand, they can be used as internal extensity transfers in endoreversible engines which, as a result, have a given efficiency or efficiency map and among other things give an expression for their entropy production. Such an engine is used to model the hydraulic unit of the recuperation system. Furthermore, the description of the recuperation system is based on the modeling of the hydraulic fluid as a van der Waals fluid, so that pressure losses can be taken into account in a consistent endoreversible fashion. From given material parameters the necessary van der Waals parameters are derived. Other aspects of the modeling include heat losses to the environment and heat transfers between subsystems. On the basis of real driving data, various dynamic and thermodynamic effects within the recuperation system are observed and their influence as well as the influence of selected parameters on the resulting energy savings for both acceleration and deceleration are shown. Finally, using a simplified model neglecting pressure and heat losses, but including the internal combustion engine of the vehicle, an optimization of the control strategy for the hydraulic recuperation system with regard to minimum fuel consumption is performed. Here, a significant improvement due to a power distribution between combustion engine and recuperation system according to their high efficiency operating ranges can be achieved.

Die Arbeit dient der numerischen Simulation der Spurbildung in Asphaltstraßen und der Herstellung widerstandsfähiger Asphaltmischungen. Zur Modellbildung musste die physikalisch-mechanische Ursache der bleibenden Verformungen bei hohen Temperaturen geklärt werden. Im Gegensatz zu bisher existierenden Stoffmodellen ist in dieser Arbeit das Verhalten teilgesättigter granulerer Stoffe unter zyklischer Belastung als die Grundlage der Untersuchung gewählt worden. Diese zeigen bei entsprechend hoher Sättigung der Hohlräume des mineralischen Korngerüsts unter zyklischer Scherbeanspruchung und bei gleichzeitigem Druck das Phänomen der „zyklischen Mobilität”. Die Erklärung dafür ist die Verdichtungsneigung des Korngerüstes und die Inkompressibilität des Porenfluids, wodurch Porenüberdrücke entstehen. Zyklische Mobilität bedeutet den Abfall der Steifigkeit. Durch die Zunahme der Dehnungsamplituden infolge zyklischer Scherbelastung und der Irreversibilität des granularen Materials verursacht dieses Verhalten die erhöhte Spurbildungsneigung. Die richtige Modellwahl konnte durch systematische experimentelle Ergebnisse belegt werden. Die monotonen triaxialen Kompressionsversuche beweisen die Barotropie und Pyknotropie der Steifigkeit, der Festigkeit und der Dilatanz des mineralischen Korngerüstes. Durch Kompression unter zyklischem Scheren wird die Existenz eines optimalen Bitumengehalts bewiesen, bei welchem die höchste Dichte des Kornegerüstes erreicht werden kann. Bei Mischungen über dem optimalen Bindemittelgehalt wird der Porenfluidüberdruck durch Druckmessungen im Mörtel nachgewiesen. Für den Strassenbauasphalt ist erstmalig zur numerischen Simulation das aus Karlsruhe stammende, mit der „intergranularen Dehnung” erweiterte hypoplastische Stoffgesetz herangezogen worden. Den Schwerpunkt der Arbeit bildet die Bestimmung der hypoplastischen Stoffparameter und die Überprüfung des gewählten Stoffgesetzes durch Nachrechnung von zyklischen Einfachscherversuchen und Triaxialversuchen. In einer selbstentwickelten Torsionszelle wird durch unmittelbare Messung gezeigt, dass der Bitumengehalt über dem Optimum die Schubsteifigkeit verringert. Die Triaxialversuche beweisen die Möglichkeit des Eintretens der zyklischen Mobilität und dadurch die extreme Neigung zur Spurbildung. Diese Messungen beweisen die praktische Bedeutung des optimalen Bitumengehaltes. Das positive Ergebnis der Überprüfung des genanntes Stoffgesetzes liefert die theoretische Unterstützung der experimentellen Ergebnisse. Diese können als Grundlage einer neuen Perspektive in der rechnerischen Prognose sowie beim Entwurf und bei der Herstellung von Asphaltmischungen dienen.

This master’s thesis is dealing with analysis of fluid flow pulse in a flexible tube representing e.g. an artery in a human body. In ANSYS program, 3D simulations were performed, and these are so-called interrelated FSI analysis. In Maple software, 1D simulations of fluid flow in the tube were performed for various thin-walled and thick-walled variants. The aim is using these programs to determine the flow rates and pressures in the tube, its wall deformation and stress. Therefore, the theoretical part deals mainly with basic equations of flow dynamics, linear and nonlinear models and rotationally symmetric vessels. In the computational part are described individual procedures in the mentioned programs.